Биоконтроль вредителей: методы, средства и роль биоразнообразия почвы

Биоконтроль вредителей представляет собой научно обоснованную стратегию защиты растений, которая использует естественных врагов для подавления популяций вредных организмов. Данный подход, также известный как биологическая борьба, применяет специфичных хищников, паразитоидов и патогенов в качестве средств защиты. Он является экологически устойчивой альтернативой химическим пестицидам широкого спектра действия, минимизируя риски загрязнения окружающей среды. Использование биоконтроля позволяет целенаправленно воздействовать на вредителя, снижая побочный вред для полезной энтомофауны и предотвращая попадание токсинов в грунтовые воды (рис. 4.22).

На рисунке 4.22 представлен пример биоанализа, демонстрирующий эффективность системы биоконтроля против патогена растений Botrytis cinerea. В эксперименте бегонии выращивали в оптимальных для развития патогена тепличных условиях. Результаты обработок расположены слева направо по возрастанию эффективности: необработанный контроль (Un), хлорид кальция (CaCl), стандартный фунгицид (Fung) и средство биоконтроля на основе гриба Trichoderma hamatum (штамм T382). Наилучший результат показал именно биоконтроль: растения, обработанные антогонистическим грибком, продемонстрировали максимальное развитие листвы, будучи защищенными от патогена.

Когда целевым объектом является возбудитель болезни растений, применяемое средство биологической борьбы специфически называют антагонистом. Формально стратегии биоконтроля подразделяются на три основных типа. Первый тип — сохранение — заключается в модификации агротехнических практик для защиты и увеличения численности уже существующих популяций естественных врагов. Второй, классическая биологическая борьба, предполагает интродукцию экзотического естественного врага для долгосрочного контроля над инвазивным видом-вредителем.

Третья стратегия, аугментация, основана на дополнительном массовом применении агентов биоконтроля для временного увеличения численности местных полезных популяций. Ярким примером служит применение энтомопатогенных нематод против обитающих в почве личинок насекомых-вредителей, которых выпускают миллионами особей на гектар. Такой подход обеспечивает быстрое и эффективное подавление очагов вредоносности в сельском хозяйстве и садоводстве.

Отбор эффективных организмов для биоконтроля осуществляется по строгим критериям. Идеальный агент, как сформулировал Керр (Kerr, 1982), должен обладать способностью персистировать в почвенной среде в активном или покоящемся состоянии. Он должен надежно контактировать с патогеном-мишенью либо напрямую, либо через продуцируемые антагонистические соединения. Критически важным является также налаживание простого и экономичного массового лабораторного производства для обеспечения коммерческой жизнеспособности продукта.

К дополнительным ключевым характеристикам относят безопасную и недорогую упаковку, а также удобные методы применения. Высокая специфичность к целевому вредителю крайне желательна для минимизации воздействия на нецелевые организмы и экосистему в целом. Агент не должен представлять опасности для здоровья человека и животных, сохраняя активность в тех же экологических условиях, что и сам вредитель. В конечном счете, он обязан обеспечивать эффективный и экономически оправданный контроль, становясь практической альтернативой химическим пестицидам.

Биоразнообразие почв служит неисчерпаемым резервуаром для широкого спектра биотехнологических инноваций, выходящих далеко за рамки биоконтроля. Уже сегодня на рынке представлено множество коммерческих продуктов на основе микроорганизмов, а сотни находятся в стадии разработки. Существует научный консенсус, что разнообразие почвенных микроорганизмов остается в значительной степени неисследованным. Современные достижения в методах их выделения и культивирования обещают открытие новых метаболических путей и биологически активных соединений.

Дальнейшему прогрессу будут способствовать достижения в области молекулярной биологии и методов улучшения штаммов. Это включает целенаправленное создание новых штаммов микроорганизмов для решения глобальных проблем, таких как продовольственная безопасность, загрязнение окружающей среды и болезни человека. Сельскохозяйственные биотехнологии уже позволяют выращивать культуры с повышенной устойчивостью к вредителям и улучшенной питательной ценностью, ярким примером чему служит «золотой рис», обогащенный бета-каротином.

Почвенные микроорганизмы вносят значительный вклад и в развитие возобновляемой энергетики. Например, бактерия Ralstonia metallidurans изучается для применения в микробных топливных элементах благодаря своей уникальной способности осаждать металлы. Почвенные микробы являются перспективным источником для производства биогаза и жидкого биотоплива, такого как биоэтанол и биодизель. Производство биоэтанола основано на микробиологической ферментации сахаров, а в последнее время все чаще — целлюлозы, для чего используют генетически оптимизированные штаммы или их ферментные комплексы («супернатанты»).

Однако генетические манипуляции и применение биотехнологий сопряжены с потенциальными рисками и являются предметом общественных дискуссий. Строгие регуляторные нормы направлены на минимизацию опасностей, связанных с трансгенными организмами, включая потенциальные угрозы здоровью человека и естественному биоразнообразию. Хотя убедительных доказательств масштабных негативных последствий пока ограничено, политика в этой области часто основывается на принципе предосторожности. Это, в свою очередь, стимулирует интерес к прямому использованию природного биоразнообразия.

Таким образом, сохранение микробного разнообразия почв является неотложным приоритетом как с экологической, так и с биотехнологической точек зрения. Почвы, будучи основным резервуаром этого разнообразия, сталкиваются с растущими угрозами из-за антропогенной деятельности. Каждое исчезновение вида микроорганизмов потенциально означает безвозвратную потерю еще не раскрытого биотехнологического решения. Поэтому крайне важно повышать осведомленность о ценности почвенной биоты в научном сообществе, среди политиков и широкой общественности.

Сохранение биоразнообразия почв фундаментально важно для поддержания здоровья экосистем, обеспечения продовольственной безопасности и создания основы для будущих инноваций. Его устойчивое сохранение и рациональное использование — это комплексная задача, требующая скоординированных глобальных усилий, ответственного управления и долгосрочной стратегии в интересах нынешнего и будущих поколений. Интеграция биоконтроля в современные системы земледелия является практическим шагом на пути к этой цели.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Rebekka Artz, The Macaulay Land Use Research Institute, UK Dimos Anastasiou, Bio4met, Greece Dominique Arrouays, L’Institut National de la Recherche Agronomique, France Ana Catarina Bastos, Cranfield University, UK Anna Bendetti, Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante.

Источник: European Atlas of Soil Biodiversity.

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам биологических и экологических специальностей, почвоведам, экологам-практикам, а также всем, кто интересуется основами почвенного биоразнообразия и функционирования наземных экосистем.